大型并网光伏电站的防雷.docVIP

精品论文 参考文献 大型并网光伏电站的防雷 摘要：国内光伏发电站以大型地面电站为主，随着对光伏电站相关标准的实施，光伏电站的设计也日趋完善，其中防雷接地设计标准预计也将在近期公布并实施。根据实际工程经验，就大型并网光伏电站的防雷保护设计进行了探讨。 关键词：大型；地面；光伏电站；防雷保护 前言 大型并网光伏电站一般定义为装机50MW以上，接入电压等级为110KV及以上电网的光伏电站。在雷电多发区，电站需要建设防雷设施，但目前缺少大型并网光伏电站防雷相关设计标准。现针对大型光伏发电项目的防雷问题提出具体的防雷方案，供参考。 1光伏方阵区的防雷 1.1晶硅光伏组件边框作为接闪器的可行性 光伏发电方阵区域内的大面积金属部件主要是指晶体硅光伏组件的铝合金边框及与其连接的镀锌钢组件支架（位于组件下部）。因此，对光伏发电阵列区的防雷保护，最可行的方案便是考虑组件边框兼顾防雷接闪器，或根据组件实际布置情况在最上层组件上部增设避雷带。前者是目前国内采用晶体硅光伏组件的光伏电站主流的防雷设计方案，后者则为采用薄膜型光伏组件（无金属边框）的光伏电站主要考虑的防雷设计方案。 1.1.1材料及截面校验 晶体硅光伏组件的铝合金边框一般为截面厚1.6～2mm、高度h为40mm或50mm、剖面宽度b为10mm的中空几何结构（如图1所示），截面积一般在220mm2左右。 根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中对接闪器的材料、结构和最小截面要求，若接闪带材料为铝合金单根扁形导体时，其最小截面积不应小于50mm2、厚度不小于2.5mm；为铝合金单根圆形导体时，其最小截面积不应小于50mm2、直径不小于8mm。可见，虽然晶体硅光伏组件的铝合金边框截面积远大于规范对接闪器的要求，但其截面结构并不能完全满足接闪器要求。因此，需对其承受雷击电流的热稳定和动稳定进行校验。雷电流的参数采用《建筑物防雷设计规范》中的3类建筑首次正极性雷击的雷电流参量、首次负极性雷击的雷电流参量、首次负极性以后雷击的雷电流参量、长时间雷击的雷电流参量。对于平原和低建筑物典型的向下雷击，可能出现的最严苛的情况是首次正极性雷击，其参量如下：幅值为imax=100 kA，半值时间t=350s，电荷量Q=50C。 1.1.2保护范围校验 光伏阵列的运行方式有固定式，以及单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪方式。目前，固定式的运行方式仍是国内光伏发电站的主要设计方案。因此，此处以简单的固定式布置于水平面上的方案作为分析对象，选用尺寸为1.65mtimes;0.99mtimes;0.04m的常规晶体硅电池组件，布置方案采用双排竖向排列方案，如图3所示。图中，为组件支架倾角；h为组件最底部距离地面距离；H为组件支架高度。组件支架倾角由最佳倾角计算得到，取值一般为光伏电站所在地区纬度减 1deg;～5deg;；组件最底部距地面距离根据光伏电站场地情况一般在0.3～0.5m。此处距地面距离按h=0.5m考虑。据此，分别采用滚球法对光伏组件边框作为避雷接闪器的保护范围进行校验。滚球半径按一类建筑45m考虑，假设0＜ɑ＜90deg;，如图4所示。考虑滚球保护范围刚好能够覆盖全部组件及其支架的极端情况（如图5所示)，则可推得不等式：ɑge;arccos45-H/45，即cosɑle;45-H/45 （3） 其中：H=（3.33sinɑ+0.5）m。经计算可得：ɑge;13.77deg;，即当安装倾角大于13.77deg;时，组件顶部铝合金边框的保护范围便可覆盖全部光伏组件及其支架。目前，国内光伏发电站所处纬度一般在不小于北纬 20deg;的区域。因此，大型地面光伏电站组件布置的最佳倾角一般不小于15deg;，即大于ɑ，满足保护范围的要求。 1.2晶体硅光伏组件边框与支架连接 光伏电站设计规范中要求晶体硅光伏组件的金属边框必须可靠接地，目前建成或在建的光伏电站主要依靠组件固定螺栓连接或增设连接铜线两种方式。其中，后者一般采用1根 BV-1times;4/1times;6mm2的导线通过组件接地孔将组件与支架进行电气连通。然而，若同时考虑以此作为防感应雷的等电位连接时，则不能满足规范要求。根据《建筑物防雷设计规范》要求，从等电位连接带至接地装置或各等电位连接带之间的连接导体材料为铜时最小截面为16mm2，材料为铝时最小截面为 25mm2，材料为铁时最小截面为50mm2。故对BV导线的截面要求应当不小于16mm2。由于大型地面光伏电站的光伏组件数量庞大，采用这一方案明